本發(fā)明屬于無機(jī)膜分離材料，具體涉及一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、石油、天然氣、石化、制藥、冶金和食品等工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量高溫?zé)煔饧昂蛷U水，對人體健康、環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生威脅。傳統(tǒng)的處理方式大部分都存在與節(jié)能環(huán)保相互矛盾的問題，因此發(fā)展相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為了重點(diǎn)研究方向。
2、陶瓷膜是分離膜材料的一種，常被用于分離與純化領(lǐng)域，因其具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及較高的機(jī)械強(qiáng)度而更容易適應(yīng)苛刻的工作環(huán)境。目前，氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦以及二氧化硅陶瓷膜發(fā)展較為成熟，占陶瓷膜市場的主導(dǎo)地位，但是這些陶瓷膜存在水通量低、膜污染嚴(yán)重等問題，這在一定程度上限制了陶瓷膜的進(jìn)一步發(fā)展。
3、碳化硅陶瓷膜憑借其優(yōu)異的親水性、機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性而迅速成為膜市場上新興材料。然而，由于硅-碳的共價(jià)鍵非常強(qiáng)，導(dǎo)致其在無壓燒結(jié)過程中需要極高溫度，這不僅增加了能源消耗，也提高了生產(chǎn)成本，此外，在高溫處理過程中，碳化硅表面容易氧化形成二氧化硅，而二氧化硅的大量生成會削弱碳化硅的化學(xué)穩(wěn)定性，并且在一些工況惡劣的煙氣過濾過程中，碳化硅陶瓷膜支撐體與膜層會由于材料韌性較差，發(fā)生脆性斷裂現(xiàn)象而導(dǎo)致碳化硅陶瓷膜的使用壽命將低。
4、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，如何提供一種燒結(jié)溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性好、力學(xué)性能好、可使用壽命長的碳化硅陶瓷膜，是本發(fā)明亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述碳化硅陶瓷膜包含以下重量份的組分：碳化硅骨料70-90份、增韌劑3-15份、燒結(jié)助劑10-35份、粘結(jié)劑1-6份、碳化硅晶須30-50份、分散劑1-5份；
3、所述增韌劑包含改性碳納米管和無機(jī)氧化物。
4、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述改性碳納米管的合成，包含以下步驟：
5、(1)將碳納米管加入至無機(jī)酸中超聲分散30-60min，隨后于60-100℃下攪拌回流1-3h，回流結(jié)束后于常溫下繼續(xù)超聲處理，超聲結(jié)束，后處理，得到酸化碳納米管；
6、(2)將三羥基丙烷和有機(jī)溶液加入至燒瓶中，超聲分散20-50min，然后加入縮合劑和步驟(1)的酸化碳納米管，繼續(xù)超聲分散使其混和均勻，于100-150℃下加熱回流，反應(yīng)結(jié)束，后處理，得到改性碳納米管。
7、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟(1)中碳納米管的管徑為10-30nm，所述管長為1-15μm。
8、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟(2)中縮合劑包括但不限于n,n'-二異丙基碳二亞胺、n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺。
9、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述無機(jī)氧化物包含二氧化硅、氧化鋯、氧化鎵中的至少一種。
10、為了具有更好的增韌效果，優(yōu)選地，所述無機(jī)氧化物為二氧化硅。
11、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述改性碳納米管和無機(jī)氧化物的添加質(zhì)量比為3-5:1。
12、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述燒結(jié)助劑包含硅酸鹽和稀土氧化物。
13、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述硅酸鹽包含硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鉍、硅酸鈣中的至少一種；所述稀土氧化物包含氧化鑭、氧化鈰、三氧化鉻、氧化釔中的至少一種。
14、為了具有更低的燒結(jié)溫度，降低能源消耗，優(yōu)選地，所述燒結(jié)助劑為硅酸鈉和氧化鈰。
15、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述粘結(jié)劑包含羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇中的至少一種。
16、為了具有更好的粘結(jié)性能，優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇。
17、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述分散劑包含十二烷基硫酸鈉、檸檬酸鈉、聚丙烯酸鈉中的至少一種。
18、為了具有更好的分散性，優(yōu)選地，所述分散劑為聚丙烯酸鈉。
19、本發(fā)明還提供了一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
20、(1)按重量份數(shù)，將碳化硅骨料、增韌劑、部分燒結(jié)助劑、部分粘結(jié)劑加入水中進(jìn)行攪拌混合，經(jīng)擠出成型后于低溫下干燥，再于高溫下焙燒，得到碳化硅支撐體；
21、(2)將碳化硅晶須、剩余部分燒結(jié)助劑、剩余部分粘結(jié)劑、分散劑和水進(jìn)行攪拌混合，涂覆在步驟(1)得到的碳化硅支撐體上，再經(jīng)干燥、高溫焙燒得到碳化硅陶瓷膜。
22、作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟(1)中水的添加量為碳化硅骨料添加量的10％；所述步驟(2)中水的添加量為碳化硅晶須添加量的100％。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
24、本發(fā)明提供的制備方法制得的碳化硅陶瓷膜具有較低的顯氣孔率，說明致密性高，燒結(jié)效果好，具有較低的酸腐蝕質(zhì)量損失率和堿腐蝕質(zhì)量損失率，說明耐腐蝕性好，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，具有較高的沖擊韌性和抗熱震次數(shù)，說明該碳化硅陶瓷膜不易受外力沖擊而破損，在快速溫度變化下的穩(wěn)定性也較好，使用壽命長；
25、其中，由于改性碳納米管具有較高的抗拉強(qiáng)度、彈性模量和柔韌性，其與無機(jī)氧化物復(fù)合作為增韌劑可以提高碳化硅陶瓷膜的力學(xué)性能，并且在一定程度上也可以提高化學(xué)穩(wěn)定性；使用硅酸鹽和稀土氧化物作為燒結(jié)助劑可以降低碳化硅陶瓷膜的燒結(jié)溫度，降低能源消耗，并提高材料的致密性和強(qiáng)度。
1.一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述碳化硅陶瓷膜包含以下重量份的組分：碳化硅骨料70-90份、增韌劑3-15份、燒結(jié)助劑10-35份、粘結(jié)劑1-6份、碳化硅晶須30-50份、分散劑1-5份；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述改性碳納米管的合成，包含以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述步驟(1)中碳納米管的管徑為10-30nm，所述管長為1-15μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述無機(jī)氧化物包含二氧化硅、氧化鋯、氧化鎵中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述改性碳納米管和無機(jī)氧化物的添加質(zhì)量比為3-5:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述燒結(jié)助劑包含硅酸鹽和稀土氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述硅酸鹽包含硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鉍、硅酸鈣中的至少一種；所述稀土氧化物包含氧化鑭、氧化鈰、三氧化鉻、氧化釔中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述粘結(jié)劑包含羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜，其特征在于，所述分散劑包含十二烷基硫酸鈉、檸檬酸鈉、聚丙烯酸鈉中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種高穩(wěn)定性碳化硅陶瓷膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：